JP4627213B2 - レーザ光源 - Google Patents

Description

本発明は、Ｑスイッチング技術を用いて高パワー・短パルスのレーザ光を出力するレーザ光源に関し、特に、レーザ媒質、Ｑスイッチ素子としての可飽和吸収体、これらレーザ媒質および可飽和吸収体からなる共振器、および、励起源を備える受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源に関する。

レーザ光源は、出力光の高パワー化，短パルス化および短波長化を指向して研究・開発が進められている。中でも、Ｑスイッチング技術を用いたレーザ光源は、高パワー・短パルスのパルスレーザ光を出力することができるものとして注目されている。

Ｑスイッチング技術は、レーザ媒質だけでなくＱスイッチ素子をも共振器内に有する構成として、このＱスイッチ素子により共振器のＱ値を変化させることでレーザ発振を制御し、これにより、出力されるレーザ光を短パルスとするとともに高パワーとするものである。

Ｑスイッチング技術の中でも、Ｑスイッチ素子として可飽和吸収体を用いた受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源は、構成が簡易かつ小型である点で好適である（たとえば、特許文献１参照）。

このものは、レーザ媒質と、可飽和吸収体と、レーザ媒質および可飽和吸収体を共振光路上に配置してなる共振器と、励起源とを備えるという一般的な構成によって構成されている。

レーザ媒質は、励起されることにより光を放出するものであり、励起源からの励起光が入射することにより、このレーザ媒質が励起されるようになっている。

また、可飽和吸収体は、入射する光のパワーが大きいほど吸収が小さいものであり、入射光パワーが吸収飽和閾値以下であるときには入射光を吸収するが、入射光パワーが吸収飽和閾値を超えているときには吸収が飽和して透明となる。可飽和吸収体は、このような性質が利用されて、受動Ｑスイッチ素子として用いられる。

また、共振器は、可飽和吸収体が透明であるときにレーザ媒質より放出された光を共振させるとともに、その光の一部を可飽和吸収体の出射面より出射するものであり、従来では、共振光路上に配置されたレーザ媒質と可飽和吸収体とが、独立しており、さらに、レーザ媒質および可飽和吸収体のそれぞれの外側に、反射鏡（ミラー）が独立して配置されたものである。

ここで、この一対の反射鏡においては、レーザ媒質側に位置するものは、励起源からの励起光は透過し且つレーザ媒質より放出された光は全反射する機能を有するものであり、可飽和吸収体側に位置するものは、レーザ媒質より放出された光の一部が透過し且つ残部が反射する機能を有するものである。各反射鏡についてこのような機能を持たせることにより、共振器において光を共振させるようになっている。

このようなＱスイッチ素子として可飽和吸収体を用いたレーザ光源は、以下のように動作する。

レーザ媒質の励起が開始された当初は、レーザ媒質の反転分布は小さいので、レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーは小さい。それゆえ、レーザ媒質の励起が開始された当初は、可飽和吸収体は吸収が大きく不透明であるので、共振器のＱ値は小さく、レーザ発振は起きない。

共振器のＱ値が小さくレーザ発振していない期間もレーザ媒質は励起され続けて、レーザ媒質の反転分布は次第に大きくなっていき、レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーも次第に大きくなっていく。

やがて、レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーが吸収飽和閾値を超えると、可飽和吸収体は吸収が急激に小さくなり（つまり透明になり）、共振器のＱ値は大きくなって、レーザ媒質において誘導放出が急激に進み、その結果、レーザ発振が起きる。このようにして、高パワー・短パルスのパルスレーザ光が、共振器より出力される。
特開２００３−１９８０１９号公報

ところで、上記した従来のレーザ光源においては、高パワー化のための一つの方法として、反射鏡の間隔、すなわち共振器長を短くすることで短パルス化してピークパワーを上げる方法がとられている。

しかしながら、従来では、レーザ媒質、受動Ｑスイッチ素子である可飽和吸収体、一対の反射鏡とが、それぞれ離間して独立した形で配置されており、これら各部品の間で平行度を出すための調整を行う必要がある。

そのため、上記各部品の間で一つ一つの平行度を出すことで時間と費用を要するうえに、共振器の両端に位置する一対の反射鏡の平行度を出すための調整を行うのに再度時間と手間を要する。しかも、正確な再現が得られにくいため、同じものを複数作ることが困難であるといった問題が生じている。

また、共振器における上記独立した各部品の間で、ある程度隙間を空けて、上記各部品の表面同士が当たって表面の損傷がないようにすることが必要であり、そのために、上記各部品の間に、ある程度の隙間を作る必要があり、これにより共振器長が長くなってしまう。

このような問題に対して、レーザ媒質および可飽和吸収体を、レーザ媒質の出射面と可飽和吸収体の入射面とで接合して一体化するとともに、この一体化部材の両端、すなわちレーザ媒質の入射面、可飽和吸収体の出射面にそれぞれ反射鏡として機能する膜をコーティングすることが考えられる。

このような手法によれば、共振器を、従来独立していたレーザ媒質、可飽和吸収体、一対の反射鏡が一体化されたものにできるため、小型で共振器長が短く、ピークパワーをより高くすることの可能な構成を実現できる。また、各部品の一体化により、耐振性も向上させたものにできる。

しかしながら、このような構成では、レーザ媒質と可飽和吸収体との接合方法が限られるという問題が生じる。たとえば、レーザ媒質と可飽和吸収体との接合において接着剤を用いた場合、この接着剤によってレーザ媒質と可飽和吸収体との間における光の透過が阻害される。

そこで、レーザ媒質と可飽和吸収体との接合をオプティカルコンタクトやデフュージョンボンディングなどの特殊な方法により行う必要があるが、この場合にも、接合面の損傷により、光の透過が阻害される可能性がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、レーザ媒質、Ｑスイッチ素子としての可飽和吸収体、これらレーザ媒質および可飽和吸収体からなる共振器、および、励起源を備える受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源において、高いピークパワーを得るべく共振器長をより短くできる安価な構成を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、励起されることにより光を放出するレーザ媒質（１０）と、レーザ媒質（１０）より放出された光を入射し、その入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明である可飽和吸収体（２０）と、レーザ媒質（１０）および可飽和吸収体（２０）を共振光路上に配置し、可飽和吸収体（２０）が透明であるときにレーザ媒質（１０）より放出された光を共振させるとともに、その光の一部を可飽和吸収体（２０）の出射面（２２）より出射する共振器（３０）と、レーザ媒質（１０）を励起するための励起光をレーザ媒質（１０）の入射面（１１）に入射させるための励起源（４０）と、を備えるレーザ光源において、次のような点を特徴としている。

・レーザ媒質（１０）の出射面（１２）および可飽和吸収体（２０）の入射面（２１）の少なくとも一方の面自体に凹部が設けられており、レーザ媒質（１０）の出射面（１２）と可飽和吸収体（２０）の入射面（２１）とが接触されることで、当該凹部にて構成された空間部（６０）が形成されていること。

・レーザ媒質（１０）の入射面（１１）には、前記励起光は透過し且つレーザ媒質（１０）より放出された光は全反射する第１のコーティング膜（５１）が形成されており、可飽和吸収体（２０）の出射面（２２）には、レーザ媒質（１０）より放出された光の一部が透過し且つ残部が反射する第２のコーティング膜（５２）が形成されており、レーザ媒質（１０）より放出された光は、空間部（６０）を通るようになっていること。本発明のレーザ光源はこれらの点を特徴としている。

本発明の共振器（３０）では、レーザ媒質（１０）と可飽和吸収体（２０）とを接触させて一体化するとともに、従来の反射鏡の機能を有するものが第１および第２のコーティング膜（５１、５２）として一体化されているため、共振器長が短く、ピークパワーをより高くするとともに、耐振性を向上させた構成を実現することができる。

また、本発明では、レーザ媒質（１０）と可飽和吸収体（２０）との接触は、全面接触ではなく、レーザ媒質（１０）と可飽和吸収体（２０）との間に上記空間部（６０）を設けることにより、当該空間部（６０）以外の部位にて部分的な接触として実現されている。そして、空間部（６０）のところでレーザ媒質（１０）と可飽和吸収体（２０）との間における光の透過を行うようにしている。

このように、レーザ媒質（１０）と可飽和吸収体（２０）とを接触構造としているものの、空間部（６０）にて光の透過を確保できるため、空間部（６０）以外の部位にてレーザ媒質（１０）と可飽和吸収体（２０）とを接触させて接合することができる。そのため、光が透過する部位の面が、当該接合によって損傷することはない。

つまり、本発明のレーザ光源においては、レーザ媒質（１０）と可飽和吸収体（２０）との接触部にて、両者の接合方法として任意の方法を採用することができるため、当該接合方法の自由度を向上させることができる。

したがって、本発明によれば、レーザ媒質（１０）、Ｑスイッチ素子としての可飽和吸収体（２０）、これらレーザ媒質（１０）および可飽和吸収体（２０）からなる共振器（３０）、および、励起源（４０）を備える受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源において、高いピークパワーを得るべく共振器長をより短くできる安価な構成を実現することができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のレーザ光源において、レーザ媒質（１０）の出射面（１２）と可飽和吸収体（２０）の入射面（２１）とは、その接触部（７０）において接着されて固定されていることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のレーザ光源において、共振器（３０）の外側には、共振器（３０）を支持するガイド部材（８０）が設けられていることを特徴としている。

それによれば、共振器（３０）として一体化されたレーザ媒質（１０）および可飽和吸収体（２０）が、ガイド部材（８０）によって支持されるため、その支持がより強固になるとともに、共振器（３０）にて発生する熱をガイド部材（８０）を介して放熱できるため、放熱性の向上が図れる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源１００の概略断面図である。

本実施形態のレーザ光源１００は、大きくは、レーザ媒質１０と、Ｑスイッチ素子としての可飽和吸収体２０と、レーザ媒質１０および可飽和吸収体２０を共振光路上に配置してなる共振器３０と、励起源４０とを備えて構成されている。

レーザ媒質１０は、励起されることにより光を放出するものである。そして、レーザ媒質１０の入射面１１には、励起源４０からの励起光Ｌ１が入射するようになっており、それによって、レーザ媒質１０は上準位へ励起されて反転分布を生じ、上準位から下準位への遷移に伴って光Ｌ２を、出射面１２側から放出するようになっている。

ここで、レーザ媒質１０の入射面１１には、第１のコーティング膜５１が形成されている。この第１のコーティング膜５１は、上記励起光Ｌ１は透過し且つレーザ媒質１０より放出された光Ｌ２は全反射するものである。

可飽和吸収体２０は、Ｑスイッチ素子の役割を果たすものであり、レーザ媒質１０より放出された光Ｌ２をその入射面２１から入射し、その入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値以下であるときには入射光Ｌ２を吸収するが、その入射光パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明となる。

ここで、可飽和吸収体２０の出射面２２には、第２のコーティング膜５２が形成されている。この第２のコーティング膜５２は、レーザ媒質１０より放出された光Ｌ２の一部が透過し且つ残部が反射するものである。

これら第１のコーティング膜５１および第２のコーティング膜５２は、たとえば、ＴａＯ２とＳｉＯ２とを交互に積層してなる多層膜であり、この層の数を変えることにより各コーティング膜５１、５２の反射率や透過率などの特性を調整することができる。

たとえば、第１のコーティング膜５１の層の数を多く、第２のコーティング膜５２の層の数を少なくすることで、上記した各コーティング膜５１、５２特有の特性を実現することができる。

また、これら第１のコーティング膜５１および第２のコーティング膜５２の材質を変えることで、上記した各膜特性を実現することもできる。たとえば、各コーティング膜５１、５２の材質としてはＭｇＦ２などを用いることもできる。これらコーティング膜５１、５２は、たとえば蒸着法などにより形成することができる。

共振器３０は、上記レーザ媒質１０および可飽和吸収体２０を共振光路上に配置したものであり、可飽和吸収体２０が透明であるときにレーザ媒質１０より放出された光Ｌ２を共振させるとともに、その光Ｌ２の一部を可飽和吸収体２０の出射面２２より出射するものである。

具体的には、共振器３０において、第１のコーティング膜５１は、励起源４０から出力される励起光Ｌ１を透過させるが、励起されたレーザ媒質１０から放出される光Ｌ２を高反射率で反射させる。

そして、第２のコーティング膜５２は、励起されたレーザ媒質１０から放出されて到達した光Ｌ２の一部パワーを透過させ、残部を反射させる。この第２のコーティング膜５２を透過して外部へ出力される光Ｌ３は、このレーザ光源１００から出力されるレーザ発振光Ｌ３となる。

ここで、図１に示されるように、本実施形態においては、レーザ媒質１０の出射面１２と可飽和吸収体２０の入射面２１とが接触しており、さらに、可飽和吸収体２０の入射面２１に凹部が設けられ、この入射面２１の凹部によって構成された空間部６０が形成されている。

この空間部６０は、たとえば空気が充填された空気層となっている。しかし、この空間部６０は、それ以外のガス、たとえば窒素や希ガスが充填されたものでもよいし、真空でもよい。つまり、この空間部６０を介してレーザ媒質１０の出射面１２と可飽和吸収体２０の入射面２１とが離れていればよい。

そして、上記空間部６０以外にてレーザ媒質１０の出射面１２と可飽和吸収体２０の入射面２１とが接触している部分すなわち接触部７０は、たとえば、接着剤による接着やオプティカルコンタクト、あるいは、デフュージョンボンディング、光学溶着などの方法により接合されている。

この空間部６０の厚みＷ１すなわち空間部６０を構成する凹部の深さＷ１は、レーザ媒質１０と可飽和吸収体２０との間に空間部６０が確認できる程度の大きさ、たとえば１００μｍ程度が好ましい。この凹部の深さＷ１を大きくしすぎると、その分、結晶部分の長さＷ２を長くしなくてはならなくなり、共振器長が長くなってしまう。

空間部６０の径Ｄは、励起光Ｌ１のビーム径Ｄ’よりも大きい寸法、たとえば２ｍｍ〜４ｍｍ程度が好ましい。これよりも小さいと励起光Ｌ１が、接触部７０にあたってしまい、大きいと、その分、結晶の大きさ・径Ｗ３を大きくしなければならない。

このように、本実施形態では、レーザ媒質１０と可飽和吸収体２０との接触において、レーザ媒質１０の出射面１２および可飽和吸収体２０の入射面２１の一部を空間部６０にて離間させ、空間部６０以外の接触部７０にて接触を行うという部分接触としている。そして、そして、レーザ媒質１０より放出された光Ｌ２は、この空間部６０を通り、可飽和吸収体２０に入射されるようになっている。

また、この空間部６０にて対向するレーザ媒質１０と可飽和吸収体２０とにおいて、レーザ媒質１０側の面には、レーザ媒質１０の励起効率を高めるために、励起光Ｌ１を全反射する誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされている。一方、空間部６０における可飽和吸収体２０側の面には、レーザ媒質１０より放出された光Ｌ２を全透過させる誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされている。

これら誘電体多層膜をコーティングすることにより、レーザ媒質１０の長さを変えることなく励起光Ｌ１の吸収長を長くできるため、励起光Ｌ１の吸収効率の向上とパルス幅の短縮を行うことができ、出力パワーを向上することができる。さらに、可飽和吸収体２０への励起光Ｌ１の入射を抑制することができ、出力パルスエネルギーを高くすることができる。

なお、図１に示される例では、可飽和吸収体２０の入射面２１に凹部を設け、当該入射面２１を、一部に凹面が形成された面とすることで空間部６０を形成したが、それとは反対に、レーザ媒質１０の出射面１２に凹部を設け、当該出射面１２を、一部に凹面が形成された面とすることで空間部６０を形成してもよい。

この場合も、空間部６０を介してレーザ媒質１０の出射面１２と可飽和吸収体２０の入射面２１とが離れたものにでき、上記空間部６０以外のレーザ媒質１０の出射面１２と可飽和吸収体２０の入射面２１との接触部７０は、たとえば、接着剤やオプティカルコンタクト、デフュージョンボンディング（拡散接合）などによる接合部とできる。

そして、この場合にも、空間部６０にて対向するレーザ媒質１０と可飽和吸収体２０との面に、上記した図示しない各誘電体多層膜をコーティングする。

さらにいうならば、空間部６０を形成するためには、レーザ媒質１０の出射面１２と可飽和吸収体２０の入射面２１との両方に凹部を設けてもよい。つまり、レーザ媒質１０の出射面１２および可飽和吸収体２０の入射面２１の少なくとも一方に凹部を設けることにより、当該凹部にて構成された空間部６０を形成すればよい。

また、励起源４０は、レーザ媒質１０を励起するための励起光Ｌ１をレーザ媒質１０の入射面１１に入射させるためのものであるが、本例では、光源４１と集光レンズ４２とを備えたものである。

この光源４１は、図示しないが、たとえば駆動回路および制御回路を有するものであり、当該駆動回路より供給される駆動電流により駆動されて、レーザ媒質１０を励起し得る波長の励起光Ｌ１を出力する。また、集光レンズ４２は、励起光Ｌ１のビームサイズや形状を調整・変更するための光学系である。

この光源４１から出力された励起光Ｌ１は、集光レンズ４２および上記第１のコーティング５１を経て、レーザ媒質１０に照射される。また、光源４１において、上記制御部は、上記駆動回路を制御することで、光源４１から出力される励起光Ｌ１の照射に因るレーザ媒質１０の励起を制御する。この制御部による制御により、光源４１は、パルス状の励起光Ｌ１を出力して、レーザ媒質１０をパルス的に励起する。

限定するものではないが、たとえば、本実施形態のレーザ光源１００において、レーザ媒質１０はＮｄ：ＹＡＧ結晶であり、可飽和吸収体２０はＣｒ：ＹＡＧ結晶である。この場合、光源４１として、レーザ媒質１０に含まれるＮｄイオンを上準位に励起し得る波長８０８ｎｍ付近の励起光Ｌ１を出力する半導体レーザ光源が用いられる。

光源４１から出力された励起光Ｌ１がレーザ媒質１０に入射すると、このレーザ媒質１０に含まれるＮｄイオンが上準位に励起される。また、レーザ媒質１０から放出された光Ｌ２が可飽和吸収体２０に入射すると、この可飽和吸収体２０に含まれるＣｒイオンが上準位に励起される。レーザ媒質１０より放出される光Ｌ２、Ｌ３の波長は１０６４ｎｍである。

このレーザ光源１００では、励起源４０の光源４１から出力された励起光Ｌ１は、集光レンズ４２により集光され、第１のコーティング５１を透過して、レーザ媒質１０の入射面１１からレーザ媒質１０へ入射する。レーザ媒質１０へ入射した励起光Ｌ１は、レーザ媒質１０中を透過した後、レーザ媒質１０の反射面１２で反射され、再びレーザ媒質１０中を透過する。

このように、励起光Ｌ１がレーザ媒質１０中を透過する間にレーザ媒質１０が励起され、また、励起された上準位から下準位への遷移に伴いレーザ媒質１０から光Ｌ２が放出される。このレーザ媒質１０から放出された光Ｌ２は、空間部６０を通って、可飽和吸収体２０の入射面２１から可飽和吸収体２０へ入射する。

可飽和吸収体２０へ入射する光Ｌ２のパワーが、可飽和吸収体２０の吸収飽和閾値以下であれば、可飽和吸収体２０は光Ｌ２を吸収するので、共振器３０のＱ値は小さく、レーザ発振が抑制される。

一方、可飽和吸収体２０へ入射する光Ｌ２のパワーが、可飽和吸収体２０の吸収飽和閾値を超えていれば、可飽和吸収体２０における光Ｌ２の吸収が飽和するので、可飽和吸収体２０は透明となり、共振器３０のＱ値は大きくなって、レーザ発振が起こり得る。

そして、このレーザ発振により、出力端である可飽和吸収体２０の出射面２２から第２のコーティング膜５２を通って外部へレーザ光Ｌ３が出力される。ここで、第２のコーティング膜５２によって、上記光Ｌ２の一部が透過してレーザ光Ｌ３として発振されるが、残部は反射してレーザ媒質１０へ入射され、光が共振する。

このように、レーザ発振が開始されると、レーザ媒質１０では急激に誘導放出が起きて反転分布が殆ど零となり、これに伴い、可飽和吸収体２０の反転分布も殆ど零となり、共振器３０のＱ値は急に小さくなる。したがって、レーザ発振は短時間のうちに終了する。このようにして、このレーザ光源１００では、高パワー・短パルスのパルスレーザ光Ｌ３が外部へ出力される。

かかるレーザ光源１００は、次のようにして製造することができる。レーザ媒質１０の出射面１２および可飽和吸収体２０の入射面２１の少なくとも一方に上記空間部６０を形成するための凹部を形成し、レーザ媒質１０と可飽和吸収体２０とを接合する。

その後、レーザ媒質１０の入射面１１および可飽和吸収体２０の出射面２２を研磨することにより、これら両面１１、２２の平行出しを行う。そして、蒸着法などにより、レーザ媒質１０の入射面１１には上記第１のコーティング膜５１を形成し、可飽和吸収体２０の出射面２２には上記第２のコーティング膜５２を形成する。

ここで、第２のコーティング膜５２の反射率は、取り出したいエネルギーや励起光パワーなどの条件によって変更する。たとえば、数ｍＪ程の大きなパルスエネルギーを得るには、反射率を５０〜７０％程度とし、サブｍＪ以下のパルスエネルギーを得るときにはそれより大きな反射率を用いる。

以上のように、本実施形態のレーザ光源１００は、励起されることにより光を放出するレーザ媒質１０と、レーザ媒質１０より放出された光Ｌ２を入射し、その入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明である可飽和吸収体２０と、レーザ媒質１０および可飽和吸収体２０を共振光路上に配置し、可飽和吸収体２０が透明であるときにレーザ媒質１０より放出された光Ｌ２を共振させるとともに、その光Ｌ２の一部を可飽和吸収体２０の出射面２２より出射する共振器３０と、レーザ媒質１０を励起するための励起光Ｌ１をレーザ媒質１０の入射面１１に入射させるための励起源４０と、を備えるという受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源の基本的構成を有するものである。

そして、本実施形態では、このような受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源としてのレーザ光源１００において、次のような独自の特徴点を有している。

・レーザ媒質１０の出射面１２と可飽和吸収体２０の入射面２１とが接触しており、レーザ媒質１０の出射面１２および可飽和吸収体２０の入射面２１の少なくとも一方に凹部を設けることにより、当該凹部にて構成された空間部６０が形成されていること。

・レーザ媒質１０の入射面１１には、前記励起光Ｌ１は透過し且つレーザ媒質１０より放出された光Ｌ２は全反射する第１のコーティング膜５１が形成されており、可飽和吸収体２０の出射面２２には、レーザ媒質１０より放出された光Ｌ２の一部が透過し且つ残部が反射する第２のコーティング膜５２が形成されており、レーザ媒質１０より放出された光Ｌ２は、空間部６０を通るようになっていること。本実施形態によれば、これらの点を特徴とするレーザ光源１００が提供される。

従来では、独立した反射鏡、レーザ媒質、可飽和吸収体すべての部品においてそれぞれ平行出しをして研磨を行い、その後、人による各部品間の平行度の調整を行っていたが、本実施形態のレーザ光源１００によれば、コーティング膜５１、５２が設けられるレーザ媒質１０の入射面１１と可飽和吸収体２０の出射面２２との２面のみの厳密な平行出しを行えば済む。そのため、時間とコストを大幅に省略することができる。

また、本実施形態では、共振器３０の部品点数が実質的にはレーザ媒質１０と可飽和吸収体２０の２つのみであり、コーティング面１１、２２の平行度を出すにあたって、機械精度が出ていれば、その他の調整は不要となるため、レーザ光源１００の量産を可能にできる。

さらに、本実施形態によれば、レーザ媒質１０と可飽和吸収体２０とを接触させて一体化できるため、共振器長は、レーザ媒質１０と可飽和吸収体２０の長さの合計となる。一般に、共振器長を短くするほどパルス幅を短くでき、大きなピークパワーを得ることができる。

本実施形態では、共振器長は、レーザ媒質１０および可飽和吸収体２０を構成する結晶体の長さと実質的に同等であり、必要最小限の共振器長でよくなるため、高ピークパワーの出力を取り出せることになる。

このように、本実施形態の共振器３０では、レーザ媒質１０と可飽和吸収体２０とを接触させて一体化するとともに、従来の反射鏡の機能を有するものが第１および第２のコーティング膜５１、５２として一体化されているため、共振器長が短く、ピークパワーをより高くするとともに、耐振性を向上させた構成を実現することができる。

また、上述したように、共振器長を短くすべくレーザ媒質と可飽和吸収体とを接触させる場合、これら両者を直接接合すると、接合方法の制約が大きくなるとともに、接合面の損傷を回避できない。

その点、本実施形態では、レーザ媒質１０と可飽和吸収体２０との接触は、全面接触ではなく、レーザ媒質１０と可飽和吸収体２０との間に上記空間部６０を設けることにより、当該空間部６０以外の部位にて部分的な接触として実現されている。そして、空間部６０のところでレーザ媒質１０と可飽和吸収体２０との間における光の透過を行うようにしている。

このように、レーザ媒質１０と可飽和吸収体２０とを接触構造としているものの、空間部６０にて光の透過を確保できるため、空間部６０以外の部位にてレーザ媒質１０と可飽和吸収体２０とを接触させて接合することができる。そのため、光が透過する部位の面が、当該接合によって損傷することはない。

つまり、本実施形態のレーザ光源１００においては、レーザ媒質１０と可飽和吸収体２０との接触部にて、両者の接合方法として任意の方法を採用することができるため、当該接合方法の自由度を向上させることができる。

したがって、本実施形態によれば、レーザ媒質１０、Ｑスイッチ素子としての可飽和吸収体２０、これらレーザ媒質１０および可飽和吸収体２０からなる共振器３０、および、励起源４０を備える受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源１００において、高いピークパワーを得るべく共振器長をより短くできる安価な構成を実現することができる。

また、本実施形態のレーザ光源１００においては、レーザ媒質１０の出射面１２と可飽和吸収体２０の入射面２１とは、その接触部７０において接着されて固定されているものにできることも特徴のひとつである。つまり、上記接触部７０において接着剤を介して接着することができ、そのような接着剤を用いることによって、安価な接合構成を実現することができる。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源２００の要部を示す概略断面図である。

図２に示されるように、本実施形態のレーザ光源２００は、上記図１に示されるものと同様に、レーザ媒質１０、Ｑスイッチ素子としての可飽和吸収体２０、これらレーザ媒質１０および可飽和吸収体２０からなる共振器３０、および、上記励起源（図２では図示せず）を備えるという受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源の基本的構成を有する。

さらに、本実施形態のレーザ光源２００においても、レーザ媒質１０の出射面１２と可飽和吸収体２０の入射面２１とが接触しており、レーザ媒質１０の出射面１２および可飽和吸収体２０の入射面２１の少なくとも一方に凹部を設けることにより空間部６０が形成されていること、および、レーザ媒質１０の入射面１１、可飽和吸収体２０の出射面２２に、それぞれ、第１のコーティング膜５１、第２のコーティング膜５２が形成されており、レーザ媒質１０より放出された光Ｌ２が空間部６０を通るようになっていることは、上記実施形態と同様である。

そのため、上記実施形態と同様に、これらの構成を有する本実施形態のレーザ光源２００によっても、高いピークパワーを得るべく共振器長をより短くできる安価な構成を実現することができる。

さらに、図２に示されるように、本実施形態のレーザ光源２００においては、共振器３０の外側には、共振器３０を支持するガイド部材８０が設けられている。

このガイド部材８０は、共振器３０を構成するレーザ媒質１０および可飽和吸収体２０を支持できる強度を持つものであれば、金属、セラミック、樹脂など、その材質は特に限定しないが、レーザ媒質１０および可飽和吸収体２０と同じような熱膨張係数を有するものが好ましい。

また、ガイド部材８０の形状も、レーザ媒質１０および可飽和吸収体２０の外周部位置し、これらを支持できるものであれば、特に限定されるものではないが、たとえば、ガイド部材８０としては、筒形状をなすものにでき、その中空部に共振器３０を配置可能なものであればよい。

本実施形態のレーザ光源２００によれば、共振器３０として一体化されたレーザ媒質１０および可飽和吸収体２０が、ガイド部材８０によって支持されるため、その支持がより強固になるとともに、共振器３０にて発生する熱すなわちレーザ媒質１０や可飽和吸収体２０から発生する熱を、ガイド部材８０を介して放熱できるため、放熱性の向上を図ることができる。

つまり、このガイド部材８０は、レーザ媒質１０および可飽和吸収体２０を支持する支持部材として機能するとともに、放熱部材としても機能する。その放熱特性を向上させるために、レーザ媒質１０および可飽和吸収体２０とガイド部材８０との間に、熱伝導性に優れた接着剤などの部材を介在させてもよい。

さらに、本実施形態では、レーザ媒質１０の出射面１２と可飽和吸収体２０の入射面２１との接触部７０において、これら両面１２、２１を、接着剤やはんだなどの接着部材９０を介して接着しており、この場合に、光の通り道である空間部６０に接着部材９０が流れ込むことを防止するための工夫がなされている。

すなわち、本実施形態では、図２に示されるように、当該接触部７０の外周部に接着部材塗布部としての凹部７１を設け、この部分に上記接着部材９０を流し込んで接合を行うようにしている。

それにより、空間部６０への接着部材９０の流れ込みを防止することができる。また、接着部材９０を用いることで、ガイド部材８０と共振器３０とを接合することができ、より耐振動性に優れたものにできる。

（他の実施形態）
なお、レーザ媒質、可飽和吸収体、第１および第２のコーティング膜について、上記実施形態に示した材質の例は、あくまで一具体例であり、上述のものに限定されるものではない。

要するに、本発明は、レーザ媒質、Ｑスイッチ素子としての可飽和吸収体、これらレーザ媒質および可飽和吸収体からなる共振器、および、励起源を備える受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源であるならば、上記実施形態以外のレーザ光源に対しても適用可能なものである。

そして、本発明は、このようなレーザ光源において、レーザ媒質の出射面と可飽和吸収体の入射面とを接触させ、レーザ媒質の出射面および可飽和吸収体の入射面の少なくとも一方に凹部を設けることにより、当該凹部にて構成された空間部を形成するとともに、レーザ媒質の入射面、可飽和吸収体の出射面に、それぞれ上記第１のコーティング膜、第２のコーティング膜５２を形成し、レーザ媒質より放出された光を空間部を通るようにしたことを要部とするものであり、その他の部分については、適宜、設計変更を行うことが可能である。

本発明の第１実施形態に係る受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源の概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る受動Ｑスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源の要部を示す概略断面図である。

符号の説明

１０…レーザ媒質、１１…レーザ媒質の入射面、１２…レーザ媒質の出射面、
２０…可飽和吸収体、２１…可飽和吸収体の入射面、２２…可飽和吸収体の出射面、
３０…共振器、４０…励起源、
５１…第１のコーティング膜、５２…第２のコーティング膜、６０…空間部、
７０…接触部、８０…ガイド部材、
Ｌ１…励起光、Ｌ２…レーザ媒質より放出された光。

Claims (3)

1. 励起されることにより光を放出するレーザ媒質（１０）と、
   前記レーザ媒質（１０）より放出された光を入射し、その入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明である可飽和吸収体（２０）と、
   前記レーザ媒質（１０）および前記可飽和吸収体（２０）を共振光路上に配置し、前記可飽和吸収体（２０）が透明であるときに前記レーザ媒質（１０）より放出された光を共振させるとともに、その光の一部を前記可飽和吸収体（２０）の出射面（２２）より出射する共振器（３０）と、
   前記レーザ媒質（１０）を励起するための励起光を前記レーザ媒質（１０）の入射面（１１）に入射させるための励起源（４０）と、を備えるレーザ光源において、
   前記レーザ媒質（１０）の出射面（１２）および前記可飽和吸収体（２０）の入射面（２１）の少なくとも一方の面自体に凹部が設けられており、
   前記レーザ媒質（１０）の出射面（１２）と前記可飽和吸収体（２０）の入射面（２１）とが接触されることで、当該凹部にて構成された空間部（６０）が形成されており、
   前記レーザ媒質（１０）の入射面（１１）には、前記励起光は透過し且つ前記レーザ媒質（１０）より放出された光は全反射する第１のコーティング膜（５１）が形成されており、
   前記可飽和吸収体（２０）の出射面（２２）には、前記レーザ媒質（１０）より放出された光の一部が透過し且つ残部が反射する第２のコーティング膜（５２）が形成されており、
   前記レーザ媒質（１０）より放出された光は、前記空間部（６０）を通るようになっていることを特徴とするレーザ光源。
2. 前記レーザ媒質（１０）の出射面（１２）と前記可飽和吸収体（２０）の入射面（２１）とは、その接触部（７０）において接着されて固定されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
3. 前記共振器（３０）の外側には、前記共振器（３０）を支持するガイド部材（８０）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ光源。
   

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